基于自同步的多振动机系统隔振理论的研究

论文摘要

自同步振动机械的广泛应用于工业生产的各部门中。为保证此类机械有效、可靠、稳定地运转,针对于此类机械的隔振技术的研究具有着非常重要的现实意义。自从上世纪60年代,苏联首先研究了双激振器振动机的同步理论以后,这种技术以其结构简单,维护简单,工作可靠性强等优点得到了广泛应用。但是此类振动机械工作时通常不可避免地传递给支撑体（通常为地面）动负荷,导致机架,厂房的振动,并引起噪声。常见的隔振设计单纯地利用弹簧阻尼系统将设备与地面隔离,这种隔离只是将传递到地面的动载荷尽量减少,而不能完全消除。本文研究了具有二次隔振系统和对称布置特点的同向与反向回转双电机驱动组合振动机的同步理论。主要完成了以下几个方面的工作：（1）利用多组坐标向量,导出反向回转双机驱动四振动机的系统模型的动能函数,势能函数和耗散函数；代入拉格朗日方程,建立四振动机系统的动力学模型。运用机电耦合原理,导出自同步振动系统的频率俘获方程,将多机同步问题转化为频率俘获方程零解的存在性及稳定性问题。通过理论解存在,给出了实现频率俘获的条件。进而将多机同步的稳定性问题转化为各转子速度扰动广义系统和相位差扰动两组参量的稳定性问题。解析分析结果表明,转子速度扰动广义系统的转动惯量耦合矩阵具有对称性。各电机的刚度耦合矩阵具有反对称性,从而简化了广义系统稳定性的分析,利用Routh-Hurwitz判据,给出了相位差的稳定性条件。（2）利用四振动机隔振系统的分析结果,推导出双机驱动二振动机隔振系统的频率俘获条件和稳定性条件。给出了两振动机隔振系统同步的频率俘获力矩表达式。结果表明：当频率俘获力矩远大于差异力矩时,系统实现同步。当两振动安装距离较小时,可实现两振动机相位差角为180°附近的稳态同步；当两振动机安装距离较大时,可实现两振动机相位差角为0°附近的稳态同步。（3）利用多组坐标向量,导出同向回转双机驱动四振动机的系统模型的动能函数,势能函数和耗散函数；利用拉格朗日方程,建立了四振动机系统的动力学模型。运用与反向回转四振动机系统同样方法,推导出了双机驱动四振动机系统的同步稳定性条件。（4）采用VC语言编程,运用数值解法,对系统进行动力学仿真,通过设定不同初始条件,证实了反向回转四振动机系统具有多组稳态解；通过相同系统参数,不同安装距离的仿真结果证明了振动体间的安装距离影响系统的同步稳态解；同时通过观察隔振体的振动证实了存在基于自同步的隔振理论。（5）对比同向与反向振动系统的频率俘获条件和同步稳定性条件,提出“基于同步的隔振理论”,并给出振动机械隔振系统设计的若干建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 典型振动机械振动筛分机的发展和现状
• 1.3 自同步理论的应用领域
• 1.4 振动筛隔振系统的研究与发展
• 1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 反向回转振动机及其隔振系统同步理论
• 2.1 反向回转四振动机组合及其隔振系统的力学模型
• 2.2 反向回转四振动机组合系统的频率俘获
• 2.2.1 推导频率俘获方程
• 2.2.2 求解频率俘获条件
• 2.2.3 同步运行的稳定性
• 2.3 双振动机组合系统耦合动力学特征讨论
• 2.3.1 推导频率俘获方程
• 2.3.2 求解频率俘获条件
• 2.3.3 同步运行的稳定性
• 2.4 本章小结
• 第3章 同向回转振动机及其隔振系统同步理论
• 3.1 同向回转四振动机组合及其隔振系统的力学模型
• 3.2 同向回转四振动机组合系统的频率俘获
• 3.2.1 推导频率俘获方程
• 3.2.2 求解频率俘获条件
• 3.2.3 同步运行的稳定性
• 3.3 本章小结
• 第4章 计算机仿真分析
• 4.1 反向回转自同步振动机系统的数值仿真
• 4.1.1 系统参数的选择
• 4.1.2 仿真结果
• 4.2 同向回转自同步振动机系统的数值仿真
• 4.2.1 系统参数的选择
• 4.2.2 仿真结果
• 4.3 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录